15世紀的天才達文西,當他想要獨自靜一靜時,走到戶外的一處溪流,看到下游的漩渦總是會令他沉思。而這個讓天才大師不解的現象,其實就是所謂的「水躍現象」(Hydraulic jump)。
其實這個現象在我們生活周遭也見得到,當你打開水龍頭,水流落在平滑的水槽中時,你會發現底部呈現一個圓心,而且在這個圓心範圍內的水位都會特別低,直到圓心外圍才會水位才會高起來。
不管是河堰、水壩、瀑布或者潮汐洞穴都有這種現象。500年前,達文西就將它記載到自己的筆記中,他只認為這是水元素的本質體現,並沒有再多做研究來解釋。
後來也有許多物理學家跟數學家研究此一現象,但是都沒有找到真正的原因。直到1914年,物理學家約翰.斯特拉特在一篇關於鑽孔與液體衝擊波的論文中提出一種猜想。
他考慮到黏度、動能、位能等因素。表面張力無疑是重要的一環,但在約翰.斯特拉特的觀點中認為流量的影響力比表面張力大得多。
然而,後世的科學家發現這個推論模型並不完整,多年來也對這一現象的過程爭論不休。在一項新的研究中,化工研究員Rajesh Bhagat認為不該把表面張力排除在推論之外。
「我們可以證明,水在邊緣處升高時,表面張力和黏性平衡了液膜中的動能,重力並沒有起到太多作用。」Rajesh Bhagat與他的研究團隊在論文中如此提到。
如果表面張力才是關鍵的話,往後善加利用這點,例如在水中添加表面活性劑,工業用水就可以大大減少,甚至可以從這個理論發展出新的洗車方式與工廠設備。
via sciencealert
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